梳型共聚物接枝碳纖維多尺度增強(qiáng)體的制備及其復(fù)合材料性能研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)具有高強(qiáng)度、高模量、密度小、可設(shè)計(jì)性和尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用到航空航天、軍事工業(yè)領(lǐng)域和體育運(yùn)動(dòng)器材、建筑材料等民用領(lǐng)域。然而碳纖維表面惰性大、活性官能團(tuán)少等缺陷嚴(yán)重限制了復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮。本文由碳纖維表面接枝梳型共聚物制備而成的多尺度增強(qiáng)體可以明顯提高復(fù)合材料的力學(xué)和界面性能。主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　本文首先合成了RAFT鏈轉(zhuǎn)移劑三硫代碳酸酯(DDACT),同時(shí)將RAFT試劑接

2、枝在碳纖維的表面。采用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)反應(yīng)在碳纖維表面接枝聚對(duì)氯甲基苯乙烯(PCMS)的長(zhǎng)鏈聚合物,紅外光譜、熱失重、X射線光電子能譜和核磁分析表明 PCMS成功的接枝在碳纖維表面,且接枝率為8.75％。掃描電鏡結(jié)果顯示PCMS以“須”狀形式分布在纖維表面上。
　　其次,以碳纖維表面接枝上的 PCMS為大分子引發(fā)劑,通過原子轉(zhuǎn)移自由基(ATRP)聚合反應(yīng)在碳纖維表面的 PCMS主鏈上接枝聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(PG

3、MA)支鏈,制備出梳型共聚物(P(CMS-g-GMA))接枝碳纖維多尺度增強(qiáng)體。紅外光譜、熱失重、X射線光電子能譜和核磁分析表明P(CMS-g-GMA)成功的接枝在碳纖維表面,且接枝率為10.75%。表面能測(cè)試結(jié)果表明,接枝 PCMS和P(CMS-g-GMA)后的碳纖維表面極性分量都有所增大,相比于碳纖維原絲,梳型共聚物/碳纖維多尺度增強(qiáng)體的表面能提高了22.08%。掃描電鏡結(jié)果表明梳型共聚物在纖維表面分布較為均勻。
　　最后,以

4、環(huán)氧樹脂為基體,通過熱壓成型工藝制備出梳型共聚物/碳纖維多尺度增強(qiáng)體復(fù)合材料,研究了P(CMS-g-GMA)的引入對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明梳型共聚物/碳纖維多尺度增強(qiáng)體的單絲拉伸強(qiáng)度和復(fù)絲拉伸強(qiáng)度比原絲分別提高了18.53%和46.95%。多尺度增強(qiáng)體復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度(ILSS)和彎曲強(qiáng)度分別比原絲復(fù)合材料分別提高了84.99%和78.12%。通過微滴脫粘法研究P(CMS-g-GMA)的引入對(duì)單絲樹脂微滴復(fù)合材料的界面性

5、能的影響,結(jié)果表明經(jīng)P(CMS-g-GMA)接枝后的碳纖維復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度(IFSS)比原絲復(fù)合材料提高了143.62%。復(fù)合材料斷口形貌的掃描電鏡結(jié)果表明,多尺度增強(qiáng)體復(fù)合材料發(fā)生剪切破壞時(shí)表現(xiàn)為韌性斷裂,纖維很少出現(xiàn)從樹脂基體中拔脫的現(xiàn)象,纖維與樹脂基體間的界面結(jié)合性能良好。多尺度增強(qiáng)體復(fù)合材料界面性能得到改善的原因主要有:(1) P(CMS-g-GMA)的引入改善了碳纖維與樹脂間的浸潤(rùn)性,同時(shí)梳形聚合物所帶的活性官能團(tuán)能夠參